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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer mobilen Arbeitsmaschine mit einer Werkzeugkoppelvorrichtung gemäß Anspruch 1.
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Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass bei mobilen Arbeitsmaschinen Werkzeugkoppelvorrichtungen mit automatischer Werkzeugerkennung zur Erhöhung der Flexibilität für unterschiedliche Werkzeugkombinationen fest am Trägergerät installiert sind. Außerdem sind zusätzliche Messsysteme wie Schwenkbegrenzung, Hubhöhenbegrenzung, 3D-Positioniersysteme für die Arbeitsausrüstung sowie Wiegesysteme als separate und nachträglich an der Arbeitsmaschine installierbare Systeme bekannt.
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Die
EP 1 566 489 A1 betrifft eine Baumaschine mit Schnellkupplung zum Ankuppeln eines Werkzeuges an einen Ausleger mit einem auslegerseitigen Schnellkupplungsteil und einem werkzeugseitigen Schnellkupplungsteil mit einer Energiekreiskupplung, insbesondere Hydraulikkupplung, mit plattenförmigen Trägern der Energiekupplungsteile zum automatischen Ankuppeln eines werkzeugseitigen Energieanschlusses an einen auslegerseitigen Energieanschluss. Dabei ist in oder an einem der beiden plattenförmigen Träger ein Schreiblesekopf angeordnet. Weiterhin ist in dem gegenüberliegenden plattenförmigen Träger ein Datenträger derart angeordnet, dass beide in gekuppeltem Zustand miteinander Daten austauschen können.
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Die
DE 195 10 376 A1 beschreibt ein Steuersystem zum automatischen Steuern eines Arbeitsgerätes einer Ausgrabungs- oder Baggermaschine durch einen Maschinenarbeitszyklus hindurch. Das Arbeitsgerät umfaßt einen Ausleger, einen Stiel und einen Löffel, die jeweils steuerbar betätigt werden durch mindestens einen jeweiligen Hydraulikzylinder. Ein Positionssensor erzeugt die jeweiligen Positionssignale ansprechend auf die jeweilige Position des Auslegers, des Stiels und des Löffels. Ein Drucksensor erzeugt jeweilige Drucksignale ansprechend auf die assoziierten Hydraulikdrücke, die mit den Ausleger-, Stiel- und Löffelhydraulikzylindern assoziiert sind. Ein Mikroprozessor empfängt die Positions- und Drucksignale und erzeugt ein Befehlssignal. Ein elektrohydraulisches System empfängt das Befehlssignal und betätigt steuerbar vorbestimmte Hydraulikzylinder, um den Arbeitszyklus durchzuführen. Der Mikroprozessor bestimmt die externe Kraft, die an den Löffel angelegt wird und den Winkel der Löffelkraft, vergleicht den Winkel der Löffelkraft mit einem vorbestimmten Wert und bestimmt darauf ansprechend, wann ein Grababschnitt des Arbeitszyklus beendet ist.
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Die
DE 696 13 670 T2 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Baumaschine mit einem zur Positionserkennung und -steuerung dienenden Rückkopplungs-Regelsystem, das die Positionen eines Stellgliedes verfolgt, welches die Positionen eines Wirkorgans steuert, Schritte des Erkennens einer tatsächlich wirkenden Kraftbelastung des besagten Stellgliedes umfasst und durch folgende Schritte gekennzeichnet ist: Generierung einer Ziellast als Zielwert für die tatsächliche Kraftbelastung, die auf das besagte Stellglied wirkt und die in Reaktion auf die Einwirkung des besagten Wirkorgans auf ein zu bearbeitendes Material entstand; und Veränderung eines Steuersignals des besagten Rückkopplungs-Regelsystems in Reaktion auf die tatsächliche Kraftbelastung und den besagten Zielwert.
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Die
DE 11 2005 002 991 T5 beschreibt ein Verfahren zum Betrieb einer Arbeitsmaschine, welches Folgendes aufweist: Abfühlen von mindestens einer Betriebscharakteristik eines Arbeitswerkzeuges, welche eine gegenwärtige Arbeitswerkzeugleistung anzeigt; und Verändern des Betriebs der Arbeitsmaschine ansprechend auf das Abfühlen, um eine erwünschte Beziehung zwischen der mindestens einen Betriebscharakteristik des Arbeitswerkzeuges und mindestens einer Betriebscharakteristik der Arbeitsmaschine aufrechtzuerhalten.
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Die
DE 10 2004 016 398 A1 beschreibt eine Lasterfassungsvorrichtung für ein hängend gelagertes Arbeitswerkzeug eines Arbeitsgerätes, welche ein arbeitsgeräteseitiges erstes Bauteil und ein arbeitswerkzeugseitiges zweites Bauteil aufweist, wobei das zweite Bauteil an dem ersten Bauteil mittels zumindest einer Querachse angehängt ist, die in zumindest eine erste Bohrung des ersten Bauteils greift. Die Lasterfassungsvorrichtung weist weiterhin zumindest einen Kraftaufnehmer auf, der zwischen das erste Bauteil und das zweite Bauteil geschaltet ist, um zwischen den beiden Bauteilen wirkende Zugkräfte zu messen. Der zumindest eine Kraftaufnehmer weist einen ersten Befestigungsabschnitt zum Verbinden des Kraftaufnehmers mit dem ersten Bauteil und davon in Richtung der zu messenden Zugkraft beabstandet einen zweiten Befestigungsabschnitt zum Verbinden des Kraftaufnehmers mit dem zweiten Bauteil auf, wobei der zweite Befestigungsabschnitt zumindest eine zweite Bohrung aufweist, in die die Querachse eingreift. Die erste Bohrung und die zweite Bohrung sind so ausgebildet, dass die Querachse im Wesentlichen nur an einer Wand der zweiten Bohrung anliegt, wenn zwischen den beiden Bauteilen eine Zugkraft wirkt, während sie im Wesentlichen nur an einer Wand der ersten Bohrung anliegt, wenn zwischen den beiden Bauteilen eine Druckkraft wirkt.
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Die
JP H06-73760 A beschreibt eine automatische Aushubsteuerung für eine Baumaschine.
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Die
JP 2010-159548 A beschreibt eine Arbeitsmaschine und eine achsförmige Kraftmesseinrichtung.
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Die
WO 2004/072387 A1 beschreibt ein System umfassend eine Befestigungseinrichtung und ein Werkzeug.
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Die
DE 10 2008 010 461 A1 beschreibt ein Verfahren zur Einstellung und/oder Begrenzung der Anpresskraft eines an einen Baggerarm angebauten Anbauverdichters. Dabei wird die Anpresskraft oder eine mit der Anpresskraft in Beziehung stehende Größe erfasst und die Anpresskraft wird in Abhängigkeit von der erfassten Anpresskraft oder Größe eingestellt oder begrenzt.
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Die
DE 202 09 518 U1 beschreibt eine Baumaschine mit Schnellkupplung zum Ankuppeln eines Werkzeuges an einen Ausleger.
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Die
JP H05-287782 A beschreibt eine Multifunktionsanzeigeeinheit und ein Verfahren zu deren Betrieb.
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Die
US 2008/0073129 A1 beschreibt eine Vorrichtung, ein System und ein Verfahren zum Wägen von bewegten Massen.
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Die
DE 32 20 143 A1 beschreibt ein Verfahren zur Messung der Ladeleistung von Hydraulikbaggern oder dergleichen Ladegeräten mit einem hydraulisch verschwenkbaren Ausleger.
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Die
WO 2010/075334 A2 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung eines Ladegewichts.
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Die
US 6,314,818 B1 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Messung einer Belastung einer Arbeitsmaschine.
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Aus der
DE 10 2010 016 492 A1 ist ein Verfahren zur Überwachung des Zustands eines Werkzeugs für eine Baumaschine bekannt, welches insbesondere über eine Schnellwechselvorrichtung an diese ankuppelbar ist, wobei die Schnellwechselvorrichtung einen baumaschinenseitigen Schnellwechsler und einen werkzeugseitigen Adapter umfasst. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass Gebrauchsdaten des Werkzeugs erfasst werden, und die Gebrauchsdaten auf einem werkzeugseitig angebrachten Speicher protokolliert werden, und an hand der protokollierten Gebrauchsdaten auf den Werkzeugzustand geschlossen wird.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Regelung einer solchen Arbeitsmaschine anzugeben.
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Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Bei der mobilen Arbeitsmaschine mit einer Werkzeugkoppelvorrichtung, wobei die Werkzeugkoppelvorrichtung Mittel zu einer automatischen Erkennung eines gekoppelten Arbeitswerkzeugs umfasst, ist die Werkzeugkoppelvorrichtung als Werkzeugschnellwechseleinrichtung ausgebildet und in der Werkzeugkoppelvorrichtung ist eine Mehrzahl von Sensoren integriert angeordnet, welche als Kraft- und/oder Momentenmesssensoren ausgebildet sind. Dadurch erfolgt vorteilhafterweise eine Funktionalitätserweiterung der Werkzeugkoppelvorrichtung der mobilen Arbeitsmaschine über eine bloße Kopplung und/oder Aufnahme eines Arbeitswerkzeugs an der Arbeitsmaschine hinaus und mittels der Sensoren können Arbeitsreaktionskräfte und/oder -momente und/oder Belastungen aus der Wechselwirkung zwischen Arbeitsprozess und Arbeitsmaschine erfasst und/oder gemessen werden..
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Mit anderen Worten stellt die Werkzeugkoppelvorrichtung nicht nur das mechanische Bindeglied zwischen Arbeitswerkzeug und mobiler Arbeitsmaschine dar, sondern erfasst die aus der Wechselwirkung zwischen Arbeitswerkzeug und mobiler Arbeitsmaschine aufgrund des Arbeitsprozesses auftretenden Arbeitsreaktionskräfte und/oder -momente und/oder Belastungen.
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Die Sensoren können als Kraft- und/oder Momentenmesssensoren ausgebildet sein.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform sind die Sensoren in und/oder an Schwenkachsen der Werkzeugkoppelvorrichtung, mittels denen die Werkzeugkoppelvorrichtung schwenkbar mit der mobilen Arbeitsmaschine, insbesondere einem Löffelstiel und einer Druckstütze, verbunden ist, angeordnet. Somit können zweckmäßigerweise mittels der permanenten Ermittlung der Arbeitsreaktionskräfte und/oder -momente und/oder Belastungen direkt in oder an der Schnittstelle zwischen mobiler Arbeitsmaschine und der Werkzeugwechseleinrichtung die rückwirkenden Reaktionen des Arbeitsprozesses auf die gesamte Arbeitsmaschine gemessen werden. Alternativ ist es möglich, die Sensoren können an anderen Positionen anzuordnen, beispielsweise im Gehäuse oder an den Riegelbolzen.
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Beim Verfahren zur Regelung einer mobile Arbeitsmaschine mit einer Werkzeugkoppelvorrichtung, werden erfindungsgemäß in der Werkzeugkoppelvorrichtung integrierte Sensoren mit einer Steuereinheit gekoppelt, wobei die Steuereinheit zumindest ein Werkzeugerkennungsmodul, ein Arbeitsfunktionsmodul, ein Berechnungsmodul und eine Datenbank umfasst und mittels des Werkzeugerkennungsmoduls ein mit der Werkzeugkoppelvorrichtung gekoppeltes Arbeitswerkzeug ermittelt wird, wobei mittels des Arbeitsfunktionsmoduls zumindest eine Arbeitsfunktion für das gekoppelte Arbeitswerkzeug ermittelt wird und mittels der Sensoren die auf die Arbeitsmaschine und/oder ein mit dieser gekoppeltes Arbeitswerkzeug einwirkenden Arbeitsreaktionskräfte und/oder - momente ermittelt werden, wobei anhand dieser ermittelten Arbeitsfunktion und der einwirkenden Arbeitsreaktionskräfte und/oder -momente Aktoren der Arbeitsmaschine geregelt werden und wobei mittels des Berechnungsmoduls ein Sollwertvergleich zwischen der ermittelten Arbeitsfunktion und der ausgeführten Arbeitsfunktion vorgenommen wird. Erfindungsgemäß werden durch Mittel zur Bestimmung der Arbeitskinematik der Arbeitsmaschine erste Eingangssignale ermittelt und dem Berechnungsmodul zugeführt. Erfindungsgemäß werden die mittels der Sensoren erfassten Arbeitsreaktionskräfte und/oder Momente als zweite Eingangssignale dem Berechnungsmodul zugeführt. Erfindungsgemäß werden Sollwertvorgaben des Maschinenführers, die dem Berechnungsmodul als dritte Eingangssignale zugeführt werden, in einem Sollwertvergleich mit den ersten und zweiten Eingangssignalen verglichen und bei der Regelung der Aktoren berücksichtigt.
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Somit ist eine Optimierung und Visualisierung von aus der Arbeitsfunktion resultierenden Prozessparametern des jeweiligen mit der mobilen Arbeitsmaschine gekoppelten Arbeitswerkzeugs ermöglicht. Dabei werden insbesondere die auf die Arbeitsmaschine und/oder ein mit dieser gekoppeltes Arbeitswerkzeug einwirkenden Arbeitsreaktionskräfte und/oder -momente und/oder Belastungen berücksichtigt. Mittels einer gleichzeitigen Bestimmung der Arbeitskinematik der Arbeitsmaschine kann zweckmäßigerweise aus den ermittelten Werten und/oder Prozessgrößen jederzeit eine Prozesscharakteristik eines jeden, mit der Arbeitsmaschine koppelfähigen Arbeitswerkzeuges, ermittelt werden, ohne die Sensoren wechseln zu müssen. Auf Basis dieser Prozessgrößen kann gezielt auf den Arbeitsprozess Einfluss genommen werden und dessen Güte visuell auf einer Anzeigevorrichtung dargestellt werden. Durch einen Vergleich mit den Sollgrößen wird anhand der ermittelten Arbeitsfunktion ein geregelter Arbeitsprozess generiert und ein aktueller Fortschritt der Arbeitsfunktion kann auf der Anzeigevorrichtung visuell dargestellt werden. Dabei werden alle relevanten Parameter des Arbeitswerkzeuges durch werkzeugspezifische Softwaremodule bereitgestellt, welche auf der Steuereinheit programmiert oder aufgespielt werden können. Anhand der unmittelbar am eigentlichen Arbeitsprozess beteiligten Sensoren können durch die Kraft- und/oder Momentenmessung charakteristische Größen wie Gewicht, sinnvoller Arbeitseinsatz, Arbeitsleistung, Verdichtungsgrad oder Sicherheits- bzw. Wartungskriterien der mobilen Arbeitsmaschine bzw. des angekoppelten Arbeitswerkzeuges genau ermittelt werden.
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Die Steuereinheit wird bevorzugt mit einer Anzeigevorrichtung gekoppelt oder besonders bevorzugt wird eine Anzeigevorrichtung in die Steuereinheit integriert, wobei auf der Anzeigevorrichtung einem Maschinenbediener der Arbeitsmaschine die auf die Arbeitsmaschine und/oder das mit dieser gekoppelte Arbeitswerkzeug einwirkenden Arbeitsreaktionskräfte und/oder -momente und/oder Belastungen visuell dargestellt werden. Dadurch können Arbeitsprozesse bei mobilen Arbeitsmaschinen mit unterschiedlichen, koppelbaren Arbeitswerkzeugen optimiert werden und dem Maschinenbediener werden Informationen über die Arbeitsfunktion und die daraus resultierenden Prozessparameter angezeigt. Damit werden eine Güte und eine Nachvollziehbarkeit der Arbeitsfunktion für den Maschinenbediener signifikant verbessert.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform werden dem Maschinenbediener ein erkanntes und angekoppeltes Arbeitswerkzeug und die diesem Arbeitswerkzeug zugeordneten Arbeitsfunktionen und deren Funktionsgrößen und/oder Prozessparameter angezeigt. Dabei wird ein herkömmliches Identifikationssystem an der Werkzeugkoppelvorrichtung zur Ermittlung der Werkzeugkenndaten des angekoppelten Arbeitswerkzeugs genutzt, wobei anschließend das dem jeweiligen Arbeitswerkzeug zugeordnete Softwaremodul in der Steuereinheit aktiviert wird. Somit sind auf der Steuereinheit nur das dem jeweiligen Arbeitswerkzeug zugeordnete Softwaremodul und ein durch den Maschinenbediener oder durch das Identifikationssystem gewähltes Arbeitsfunktionsmodul für das jeweilige Arbeitswerkzeug aktiviert oder geladen. Somit ist bei einem Wechsel des Arbeitswerkzeuges kein Austausch der Sensoren oder der Steuereinheit notwendig, es ist lediglich das dem jeweiligen Arbeitswerkzeug zugeordnete Softwaremodul und zumindest ein Arbeitsfunktionsmodul zu laden oder zu aktivieren. Je nach angekoppeltem Werkzeug werden die dazugehörigen Funktionsgrößen und/oder Prozessparameter automatisch ermittelt und für die Weiterverarbeitung in der Optimierung oder der Visualisierung des Arbeitsprozesses in der Steuereinheit verwertet. Anhand einer Belastungsmessung für alle koppelfähigen Arbeitswerkzeuge kann eine Information angezeigt werden, ob dieses angekoppelte Arbeitswerkzeug sinnvoll für das gewählte Arbeitsfunktionsmodul eingesetzt wird. Dabei ist es zusätzlich oder alternativ möglich, dass die Module von einem Server online geladen werden und/oder dass Messgrößen zurückgeschickt werden.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird bei einem statisch und/oder dynamisch verdichtenden Arbeitswerkzeug ein vorgebbarer und/oder optimierter Verdichtungsgrad ermittelt, wobei ein Erreichen des vorgebbaren und/oder optimierten Verdichtungsgrads mittels der Sensoren detektiert und dem Maschinenbediener mittels der Anzeigevorrichtung angezeigt wird. Somit sind so genannte Leerschläge, welche das Arbeitswerkzeug vorzeitig verschleißen, zum Schutz des Arbeitswerkzeuges sicher vermieden. Dasselbe gilt für alle pulsierenden Arbeitswerkzeuge wie beispielsweise auch Hydraulikhammer.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird bei Belade- und/oder Hebearbeiten dem Maschinenbediener eine angehobene Last angezeigt und/oder eine Anzahl einzelner Lasten aufsummiert und angezeigt.
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Vorteilhafterweise wird eine Schwerpunktlage des gefüllten Arbeitswerkzeugs während einer Arbeitsbewegung ermittelt. Dadurch wird zudem ein genaueres Wiegen ermöglicht.
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Besonders vorteilhafterweise erfolgt anhand der Sensorsignale eine Belastungsmessung für die Arbeitsmaschine, welche Einzelteil- und Baugruppenanalysen umfasst, und eine daraus resultierende Belastungsdiagnose der Arbeitsmaschine wird erstellt und dem Maschinenbediener angezeigt. Dadurch ist eine bedarfsgerechte Wartung und Reparatur der Arbeitsmaschine ermöglicht. Aufgrund der permanenten Belastungsermittlung ist ebenfalls eine Belastungsdiagnose der gesamten Arbeitsmaschine erstellbar. Mittels der Identifikationssystems sind zusätzliche Diagnosen für das jeweilige Arbeitswerkzeug, wie beispielweise Benutzungsdauer, Belastungskollektiv und Überlastungen, ermittelbar. Diese Daten ermöglichen besonders vorteilhafterweise speziell auf die verwendete mobile Arbeitsmaschine, deren angekoppelte Arbeitswerkzeuge sowie den auf diese einwirkenden Belastungen zugeschnittene oder abgestimmte Wartungs- und Reparaturvorgänge.
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Anhand der beigefügten schematischen Figuren wird die Erfindung näher erläutert.
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Dabei zeigen:
- 1 schematisch eine mobile Arbeitsmaschine gemäß dem Stand der Technik,
- 2 schematisch eine perspektivische Ansicht einer Werkzeugkoppelvorrichtung mit Sensoren,
- 3a schematisch ein Blockschaltbild eines nicht zur Erfindung gehörenden Verfahrens für gesteuerte Aktoren der Arbeitsmaschine,
- 3b schematisch ein nicht zur Erfindung gehörendes Blockschaltbild einer Steuereinheit für gesteuerte Aktoren der Arbeitsmaschine,
- 4a schematisch ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Verfahrens für geregelte Aktoren der Arbeitsmaschine und
- 4b schematisch ein Blockschaltbild einer Steuereinheit für geregelte Aktoren der Arbeitsmaschine.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist schematisch eine im Wesentlichen herkömmliche mobile Arbeitsmaschine 1, beispielweise ein Hydraulikbagger, dargestellt. Eine solche Arbeitsmaschine 1 umfasst zumindest einen Baggerunterwagen 2 und Baggeroberwagen 3, welche mittels eines Drehkranzes 4 als rotatorisches Verbindungselement dreh- oder schwenkbar gekoppelt sind. Der Baggerunterwagen 2 weist optionale vordere Abstützelemente 5 und optionale hintere Abstützelemente 6 auf und verfügt über ein Fahrwerk 7. Am Baggeroberwagen 3 sind neben einem Fahrerhaus 8 ein Ausleger 10 und ein diesem Ausleger 10 zugeordneter Hubzylinder 9 schwenkbar angeordnet. An einem vorderen Ende des Auslegers 10 der Arbeitsmaschine 1 sind ein Löffelstiel 12 und ein diesem Löffelstiel 12 zugeordneter Löffelstielzylinder 11 schwenkbar angeordnet. Am Löffelstiel 12 ist eine herkömmliche so genannte Parallelogramm-Kinematik, welche zumindest einen Umlenkhebel 14 und eine Druckstütze 15 umfasst, sowie eine Werkzeugkoppelvorrichtung 16 angeordnet. Dabei ist am Löffelstiel 12 ein Löffelzylinder 13 schwenkbar angeordnet, welcher mit der Parallelogramm-Kinematik in Wirkverbindung steht. Mit der Werkzeugkoppelvorrichtung 16 sind mittels einer Adapterplatte 17 unterschiedliche Arbeitswerkzeuge 18 nach Art einer herkömmlichen Werkzeugschnellwechseleinrichtung koppelbar.
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In 2 ist schematisch eine perspektivische Ansicht einer Werkzeugkoppelvorrichtung 16 mit Sensoren 19 dargestellt. Diese Werkzeugkoppelvorrichtung 16 ist am Löffelstiel 12 und der Druckstütze 15 der Arbeitsmaschine 1 schwenkbar befestigt. Dabei erfolgt diese schwenkbare Koppelung zwischen der Werkzeugkoppelvorrichtung 16 und der Arbeitsmaschine 1 vorzugsweise mittels zweier Schwenkachsen 20, wobei an einer ersten Schwenkachse 20 die Druckstütze 15 und an einer zweiten Schwenkachse 20 der Löffelstiel 12 drehbar befestigt ist. Die Schwenkachsen 20 sind endseitig jeweils in korrespondierend ausgeformten Aussparungen 21 in der Werkzeugkoppelvorrichtung 16 gelagert. An und/oder in der mechanischen Verbindung, welche aus den in den Aussparungen 21 angeordneten Schwenkachsen 20 gebildet ist, ist jeweils zumindest ein Sensor 19 angeordnet. Ein solcher Sensor 19 ist vorzugsweise als herkömmlicher Kraft- und/oder Momentenmesssensor ausgebildet.
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In einer Ausführungsvariante ist der Sensor 19 in die Schwenkachse 20 integriert. In einer alternativen Ausführungsform ist der Sensor 19 in die Aussparung 21 integriert.
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Alternativ oder zusätzlich kann der Sensor 19 an einer anderen Stelle der Werkzeugkoppelvorrichtung 16 angeordnet sein.
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Dabei sind die von den einzelnen Sensoren gebildeten und in die Werkzeugkoppelvorrichtung 16 integrierten Kraft- und/oder Momentenmessstellen jeweils in vertikaler Richtung V und in horizontaler Richtung H ausgerichtet. An der Werkzeugkoppelvorrichtung 16 sind in herkömmlicher Art und Weise rückseitig hakenförmige Aufnahmemittel 22 ausgeformt während frontseitig der Werkzeugkoppelvorrichtung 16 Verriegelungseinrichtungen 23 angeordnet sind.
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An der Adapterplatte 17 ist rückseitig ein korrespondierend zu dem hakenförmigen Aufnahmemittel 22 der Werkzeugkoppelvorrichtung 16 ausgeformtes, vorzugsweise rohrförmiges Aufnahmemittel 24 angeordnet. Frontseitig sind an der Adapterplatte 17 Ausformungen 25 angeordnet welche korrespondierend zu den Verriegelungseinrichtungen 23 ausgeformt sind. Nicht näher dargestellt ist an der Adapterplatte 17 das Arbeitswerkzeug 18 angeordnet. Alternativ ist es möglich, das Aufnahmemittel 24 als Vollwelle auszubilden.
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Im Betrieb des angekoppelten Arbeitswerkzeugs 18 sind die rohrförmigen oder als Vollwelle ausgebildeten Aufnahmemittel 24 der Adapterplatte 17 in den hakenförmigen Aufnahmemitteln 22 der Werkzeugkoppelvorrichtung 16 angeordnet und die Verriegelungseinrichtungen 23 der Werkzeugkoppelvorrichtung 16 greifen in die Ausformungen 25 der Adapterplatte 17 ein. Dabei werden die am Arbeitswerkzeug 18 einwirkenden oder erzeugten horizontalen Aktionskräfte FH und die vertikalen Aktionskräfte FV an die Werkzeugkoppelvorrichtung 16 übertragen.
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Somit können mittels der Sensoren 19 die auf die Arbeitsmaschine und/oder ein mit dieser gekoppeltes Arbeitswerkzeug 18 einwirkenden Arbeitsreaktionskräfte und/oder -momente und/oder Belastungen ermittelt werden. Dazu sind die Sensoren 19 mit einer in den 3b und 4b dargestellten Steuereinheit 26 gekoppelt. Dabei ist diese Steuereinheit 26 eine herkömmliche Recheneinheit, beispielweise eine mobile Recheneinheit, ausgebildet, auf welcher Programmabläufe abrufbar sind und welche in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform mit einer nicht dargestellten Anzeigevorrichtung gekoppelt ist.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist die Anzeigevorrichtung in die Steuereinheit 26 integriert, so dass die Steuereinheit 26 und die Anzeigevorrichtung eine bauliche Einheit bilden.
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Anhand der unmittelbar am eigentlichen Arbeitsprozess beteiligten Sensoren 19 können mittels der Steuereinheit 26 durch die Kraft- und/oder Momentenmessung charakteristische Größen wie Gewicht, sinnvoller Arbeitseinsatz, Arbeitsleistung, Verdichtungsgrad oder Sicherheits- bzw. Wartungskriterien der mobilen Arbeitsmaschine 1 bzw. des angekoppelten Arbeitswerkzeuges 18 genau ermittelt und angezeigt werden.
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Im Betrieb der Arbeitsmaschine 1 werden dem Maschinenbediener mittels der Anzeigevorrichtung ein erkanntes und angekoppeltes Arbeitswerkzeug 18 und die diesem Arbeitswerkzeug 18 zugeordneten Arbeitsfunktionen und deren Funktionsgrößen und/oder Prozessparameter angezeigt. Dabei wird vorzugsweise ein herkömmliches Identifikationssystem an der Werkzeugkoppelvorrichtung 16 zur Ermittlung der Werkzeugkenndaten des angekoppelten Arbeitswerkzeugs 18 genutzt, wobei anschließend das dem jeweiligen Arbeitswerkzeug 18 zugeordnete Softwaremodul in der Steuereinheit 26 aktiviert wird.
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Vorteilhafterweise ist bei einem Wechsel des Arbeitswerkzeuges 18 kein Austausch der Sensoren 19 oder der Steuereinheit 26 notwendig, es ist lediglich das dem jeweiligen Arbeitswerkzeug 18 zugeordnete Softwaremodul und zumindest ein Arbeitsfunktionsmodul zu laden oder zu aktivieren. Je nach angekoppeltem Arbeitswerkzeug 18 werden die dazugehörigen Funktionsgrößen und/oder Prozessparameter automatisch ermittelt und für die Weiterverarbeitung in der Optimierung oder der Visualisierung des Arbeitsprozesses in der Steuereinheit 26 verwendet. Anhand einer Belastungsmessung für alle koppelfähigen Arbeitswerkzeuge 18 kann eine Information angezeigt werden, ob dieses angekoppelte Arbeitswerkzeug 18 sinnvoll für das gewählte Arbeitsfunktionsmodul eingesetzt wird.
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Bei einem statisch und/oder dynamisch verdichtenden Arbeitswerkzeug 18 kann mittels der Steuereinheit 26 ein vorgebbarer und/oder optimierter Verdichtungsgrad ermittelt werden, wobei ein Erreichen des vorgebbaren und/oder optimierten Verdichtungsgrads mittels der Sensoren 19 detektiert und dem Maschinenbediener mittels der Anzeigevorrichtung angezeigt wird. Damit sind vorteilhafterweise so genannte Leerschläge, welche das Arbeitswerkzeug vorzeitig verschleißen, zum Schutz des Arbeitswerkzeuges 18 sicher vermieden.
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Bei Belade- und/oder Hebearbeiten kann dem Maschinenbediener mittels der Anzeigevorrichtung eine angehobene Last angezeigt werden. In einer alternativen Ausführungsform kann eine Anzahl einzelner Lasten aufsummiert und/oder angezeigt werden.
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Zweckmäßigerweise kann durch eine Lastermittlung ebenfalls die Erfassung der Schwerpunktlage von losem Material im Arbeitswerkzeug 18 erfolgen. Durch eine Bestimmung einer Arbeitskinematik der Arbeitsmaschine 1, welche beispielweise eine Lage, Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung des Auslegers 10, des Löffelstiels 12 und/oder des Arbeitswerkzeugs 18 umfasst, können der Arbeitsmaschine 1 vorteilhafterweise Lasten in nicht hängenden Arbeitswerkzeugen 18 bestimmt werden. Eine solche Bestimmung der Arbeitskinematik kann beispielweise mittels der Erfassung eines Winkelwerts und/oder einer Wegmessung an den Aktoren der Arbeitsmaschine 1 und der anschließenden Übermittlung der ermittelten Werte an die Steuereinheit 26 erfolgen. Diese Aktoren sind beispielweise der Hubzylinder 9, der Löffelstielzylinder 11 und der Löffelzylinder 13. Die Schwerpunktlage des Arbeitswerkzeuges 18 kann mit jeglichem oder auch ohne Inhalt auch während einer Arbeitsbewegung ermittelt werden.
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Anhand der Sensorsignale der Sensoren 19 kann mittels der Steuereinheit 26 eine Belastungsmessung für die Arbeitsmaschine 1, welche Einzelteil- und Baugruppenanalysen umfasst, erfolgen, wobei eine daraus resultierende Belastungsdiagnose der Arbeitsmaschine 1 erstellt und dem Maschinenbediener angezeigt wird. Dadurch ist eine bedarfsgerechte Wartung und Reparatur der Arbeitsmaschine 1 ermöglicht. Mittels der Identifikationssystems sind zusätzliche Diagnosen für das jeweilige Arbeitswerkzeug 18, wie beispielweise Benutzungsdauer, Belastungskollektiv und Überlastungen, ermittelbar. Diese Daten ermöglichen besonders vorteilhafterweise speziell auf die verwendete mobile Arbeitsmaschine 1, deren angekoppelte Arbeitswerkzeuge 18 sowie den auf diese einwirkenden Belastungen zugeschnittene oder abgestimmte Wartungs- und Reparaturvorgänge.
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In 3a ist schematisch ein Blockschaltbild eines nicht zur Erfindung gehörenden Verfahrens für gesteuerte Aktoren der Arbeitsmaschine 1 dargestellt. Dabei erfolgt in einem ersten Verfahrensschritt I die mechanische Koppelung zwischen dem Arbeitswerkzeug 18 und der Werkzeugkoppelvorrichtung 16. In einem zweiten Verfahrensschritt II erfolgt eine automatische Werkzeugerkennung des gekoppelten Arbeitswerkzeuges 18.
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Im Verfahrensschritt III wird in der Steuereinheit 26 ein dem jeweils angekoppelten Arbeitswerkzeug 18 zugeordnetes Arbeitsfunktionsmodul aktiviert, welches einen Arbeitsprozess initiiert. Dabei kann diese Aktivierung automatisch oder vom Maschinenbediener gesteuert erfolgen. Dabei werden in einem Verfahrensschritt III.1 insbesondere die auf die Arbeitsmaschine 1 und/oder das mit dieser gekoppelte Arbeitswerkzeug 18 einwirkenden Arbeitsreaktionskräfte und/oder -momente und/oder Belastungen ermittelt und im Verfahrensschritt III berücksichtigt. Mittels einer gleichzeitigen Bestimmung der Arbeitskinematik der Arbeitsmaschine 1 in einem Verfahrensschritt III.2 kann zweckmäßigerweise aus den ermittelten Werten und/oder Prozessgrößen jederzeit eine Prozesscharakteristik des Arbeitswerkzeuges 18 ermittelt und im Arbeitsfunktionsmodul berücksichtigt und verarbeitet werden. Somit kann im Verfahrensschritt III auf Basis dieser ermittelten Prozessgrößen gezielt auf den Arbeitsprozess Einfluss genommen werden.
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Im Verfahrensschritt IV wird ein Fortschritt oder ein Verlauf des Arbeitsprozesses und dessen Güte visuell auf der Anzeigevorrichtung dargestellt. Die auf der Anzeigevorrichtung angezeigten Daten erfasst der Maschinenführer in Verfahrensschritt V visuell. Anhand der in Verfahrensschritt V erfassten Daten steuert der Maschinenführer die Aktoren der Arbeitsmaschine 1 in Verfahrensschritt VI, wobei die aus der Steuerung der Aktoren resultierenden veränderten Arbeitsreaktionskräfte und/oder -momente fortlaufend in Verfahrensschritt III.1 ermittelt und der Steuereinheit 26 zur Durchführung des Verfahrensschrittes III übermittelt werden. Die aus der Steuerung der Aktoren resultierende veränderte Arbeitskinematik der Arbeitsmaschine 1 wird im Verfahrensschritt III.2 fortlaufend ermittelt und der Steuereinheit 26 zur Durchführung des Verfahrensschrittes III übermittelt.
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Mit anderen Worten berechnet die Steuereinheit 26 im Verfahrensschritt III Informationen der jeweiligen Arbeitsfunktion eines angekoppelten Arbeitswerkzeuges 18, welche auf der Anzeigevorrichtung visuell dargestellt werden. Bezogen auf die auf der Anzeigevorrichtung dargestellten Informationen kann der Maschinenbediener die Arbeitsmaschine 1 oder die Aktoren der Arbeitsmaschine 1 mit den zugehörigen Steuerungshebeln oder mit einer anderen Bedieneinheit wie beispielsweise Schalter oder Fußpedal bedienen, um das Arbeitswerkzeug 18 auf die von der Steuereinheit 26 berechneten optimalen Werkzeugpositionen, Prozesskenngrößen und/oder Prozessreaktionskräfte einzustellen. Auf Basis der angezeigten Werte und Prozessgrößen kann der Maschinenbediener gezielt auf den Arbeitsprozess Einfluss nehmen, wobei eine Güte des Arbeitsprozesses und/oder der Einflussnahme visuell auf der Anzeigevorrichtung dargestellt wird. Durch einen Vergleich mit den Sollgrößen wird anhand der ermittelten Arbeitsfunktion ein geregelter Arbeitsprozess generiert und ein aktueller Fortschritt der Arbeitsfunktion kann auf der Anzeigevorrichtung visuell dargestellt werden.
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In 3b ist schematisch ein Blockschaltbild des strukturellen Aufbaus der Steuereinheit 26 für gesteuerte Aktoren der Arbeitsmaschine 1 dargestellt. Die Steuereinheit 26 ist mit dem Identifikationssystem an der Werkzeugkoppelvorrichtung 16 gekoppelt, wobei das Identifikationssystem die Steuereinheit 26 mit einem entsprechenden Eingangssignal ES1 beaufschlagt. Dieses Eingangssignal ES1wird einem Werkzeugerkennungsmodul 27 der Steuereinheit 26 zugeführt, in welchem die Werkzeugkenndaten aller mit der Arbeitsmaschine 1 koppelbaren Arbeitswerkzeuge 18 hinterlegt sind.
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Die Werkzeugkenndaten des erkannten Arbeitswerkzeugs 18 werden an ein Arbeitsfunktionsmodul 28 übermittelt. Dabei sind im Arbeitsfunktionsmodul 28 die dem angekoppelten und erkannten Arbeitswerkzeug 18 zugeordneten Arbeitsfunktionen und deren Funktionsgrößen und/oder Prozessparameter hinterlegt, wobei vom Maschinenbediener eine Arbeitsfunktion ausgewählt und an ein Berechnungsmodul 29 weitergeleitet wird. Das Berechnungsmodul 29 ist mit den Mitteln zur Bestimmung der Arbeitskinematik der Arbeitsmaschine 1 gekoppelt, wobei das Berechnungsmodul 29 mit entsprechenden Eingangssignalen ES2 beaufschlagt wird. Weiterhin ist das Berechnungsmodul 29 mit den Sensoren 19 der Werkzeugkoppelvorrichtung 16 gekoppelt, welche die Eingangssignale ES3 an das Berechnungsmodul 29 übertragen.
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In der Steuereinheit 26 ist eine Datenbank 30 integriert, welche jeweils mit dem Werkzeugerkennungsmodul 27, dem Arbeitsfunktionsmodul 28 und dem Berechnungsmodul 29 gekoppelt ist. In der Datenbank 30 sind beispielweise Daten über Adapterplattenkenngrößen 31, Daten über Werkzeugkenngrößen 32, Simulationsdaten 33, Wartungs- und Reparaturdaten 34, Baggerinformationsdaten 35 und Rohstoffdaten 36 hinterlegt.
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Im Betrieb der Steuereinheit 26 wird anhand des Eingangssignals ES1 ein Werkzeugerkennungsmodul 27 festgelegt. Dieses ruft die benötigten Parameter aus der Datenbank 30, beispielweise Daten 31 über Adapterplattenkenngrößen und Daten 32 über Werkzeugkenngrößen, ab und übermittelt diese an das Arbeitsfunktionsmodul 28. Im Arbeitsfunktionsmodul 28 werden die möglichen Arbeitsfunktionen des Arbeitswerkzeuges 18 ermittelt. Der Maschinenführer wählt die gewünschte Arbeitsfunktion aus oder die Arbeitsfunktion wird automatisch ausgewählt, woraufhin das Arbeitsfunktionsmodul 28 aus der Datenbank 30 die benötigten Parameter, beispielweise die Wartungs- und Reparaturdaten 34 und die Rohstoffdaten 36, ausliest. Alternativ werden die Rohstoffdaten 36 vom Maschinenführer ausgewählt. Wird eine Arbeitsfunktion vom Maschinenführer gestartet, nutzt das Berechnungsmodul 29 die Daten oder Informationen aus dem Arbeitsfunktionsmodul 28, aus der Datenbank 30, beispielsweise die Simulationsdaten 33 und die Baggerinformationsdaten 35, und die Eingangssignale ES2 und ES3. Anhand dieser Daten oder Informationen werden entsprechend der gewählten Arbeitsfunktion im Berechnungsmodul 29 die auf der Anzeigevorrichtung auszugebenden Daten berechnet und als Ausgangsignal AS an die Anzeigevorrichtung übermittelt.
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In 4a ist schematisch ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Verfahrens für geregelte Aktoren der Arbeitsmaschine 1 dargestellt. Dieses Blockschaltbild entspricht im Wesentlichen der 3a mit dem Unterschied, dass das im Verfahrensschritt III aktivierte Arbeitsfunktionsmodul direkt in den Verfahrensschritt VI eingreift, um die Aktoren der Arbeitsmaschine 1 zu regeln. Weiterhin kann der Maschinenbediener in einem Verfahrensschritt VII Sollwerte vorgeben, welche der Steuereinheit 26 zur Durchführung des Verfahrensschrittes III zugeleitet werden.
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Die Steuereinheit 26 oder das innerhalb der Steuereinheit 26 aktivierte Arbeitsfunktionsmodul regelt somit anhand der genannten Eingangsgrößen und einem internen Sollwertvergleich direkt die Stellgrößen für die Aktoren der Arbeitsmaschine 1. Zusätzlich besteht für den Maschinenführer die Möglichkeit, anhand der auf der Anzeigevorrichtung dargestellten Informationen auf den geregelten Arbeitsprozess aktiv, beispielsweise durch Betätigen der Steuerungshebel der mobilen Arbeitsmaschine 1, Einfluss zu nehmen.
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In 4b ist schematisch ein Blockschaltbild des strukturellen Aufbaus der Steuereinheit 26 für geregelte Aktoren der Arbeitsmaschine 1 dargestellt. Dieses Blockschaltbild entspricht im Wesentlichen der 3b mit dem Unterschied, dass als weiteres Eingangsignal ES4 dem Berechnungsmodul 29 die Sollwertvorgaben des Maschinenbedieners zugeführt werden. Als weitere Ausgangsignale AS1 werden vom Berechnungsmodul 29 Steuersignale für die geregelten Aktoren der Arbeitsmaschine 1 erzeugt und an die jeweiligen Aktoren übermittelt. In der Datenbank 30 sind zusätzlich Regelungsdaten 37 hinterlegt.
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Im Betrieb der Steuereinheit 26 wird anhand des Eingangssignals ES1 ein Werkzeugerkennungsmodul 27 festgelegt. Dieses ruft die benötigten Parameter aus der Datenbank 30, beispielweise Daten 31 über Adapterplattenkenngrößen und Daten 32 über Werkzeugkenngrößen, ab und übermittelt diese an das Arbeitsfunktionsmodul 28. Im Arbeitsfunktionsmodul 28 werden die möglichen Arbeitsfunktionen des Arbeitswerkzeuges 18 ermittelt. Der Maschinenführer wählt die gewünschte Arbeitsfunktion aus oder die Arbeitsfunktion wird von der Steuerung ausgewählt, woraufhin das Arbeitsfunktionsmodul 28 aus der Datenbank 30 die benötigten Parameter, beispielweise die Wartungs- und Reparaturdaten 34 und die Rohstoffdaten 36, ausliest. Wird eine Arbeitsfunktion vom Maschinenführer gestartet, nutzt das Berechnungsmodul 29 die Daten oder Informationen aus dem Arbeitsfunktionsmodul 28, aus der Datenbank 30, beispielsweise die Simulationsdaten 33, die Baggerinformationsdaten 35 und die Regelungsdaten 37, und die Eingangssignale ES2, ES3 und ES4.
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Die Steuereinheit 26 regelt auf Basis der genannten Eingangsgrößen und einem internen Sollwertvergleich direkt die Stellgrößen für die Aktoren der Arbeitsmaschine 1. Dazu werden die Steuersignale für die geregelten Aktoren der Arbeitsmaschine 1 erzeugt und als Ausgangsignale AS1 an die Aktoren übermittelt. Zusätzlich werden die Prozesskräfte mit einer unterlagerten Kraftregelung im Berechnungsmodul 29 anhand der Eingangssignale ES3 der Sensoren 19 geregelt. Des Weiteren werden entsprechend der aktivierten Arbeitsfunktion im Berechnungsmodul 29 die auf der Anzeigevorrichtung auszugebenden Daten berechnet und als Ausgangsignal AS an die Anzeigevorrichtung übermittelt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- mobile Arbeitsmaschine
- 2
- Baggerunterwagen
- 3
- Baggeroberwagen
- 4
- Drehkranz
- 5
- vordere Abstützelemente
- 6
- hintere Abstützelemente
- 7
- Fahrwerk
- 8
- Fahrerhaus
- 9
- Hubzylinder
- 10
- Ausleger
- 11
- Löffelstielzylinder
- 12
- Löffelstiel
- 13
- Löffelzylinder
- 14
- Umlenkhebel
- 15
- Druckstütze
- 16
- Werkzeugkoppelvorrichtung
- 17
- Adapterplatte
- 18
- Arbeitswerkzeug
- 19
- Sensor
- 20
- Schwenkachsen
- 21
- Aussparungen
- 22
- Hakenförmiges Aufnahmemittel
- 23
- Verriegelungseinrichtung
- 24
- rohrförmiges Aufnahmemittel
- 25
- Ausformung
- 26
- Steuereinheit
- 27
- Werkzeugerkennungsmodul
- 28
- Arbeitsfunktionsmodul
- 29
- Berechnungsmodul
- 30
- Datenbank
- 31
- Daten über Adapterplattenkenngrößen
- 32
- Daten über Werkzeugkenngrößen
- 33
- Simulationsdaten
- 34
- Wartungs- und Reparaturdaten
- 35
- Baggerinformationsdaten
- 36
- Rohstoffdaten
- 37
- Regelungsdaten
- I bis VII
- Verfahrensschritt
- ES1 bis ES4
- Eingangssignal
- AS, AS1
- Ausgangsignal
- FH
- horizontale Arbeitskräfte
- FV
- vertikale Arbeitskräfte
- H
- horizontale Richtung
- V
- vertikale Richtung
